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0 8 2024 Elektronik 31 LeistungshaLbLeiter Schaltfrequenzen erfordern kleinere Filter und andere passive Komponenten wodurch sich Größe und Gewicht weiter verringern MOSFET-Entwicklung Die ursprünglichen SiC-MOSFETs hatten eine planare Struktur bei der das Gate und der Kanal auf der Oberfläche des Halbleiters liegen Planare Bauelemente sind in ihrer Komponentendichte begrenzt da es eine Grenze gibt bis zu der Designs verkleinert werden können um die Bauelementeausbeute zu verbessern Die Verwendung von Singleund Double-Trench-MOSFETs bietet die Möglichkeit höhere Bauelementedichten zu erreichen Bild 2 Wie andere MOSFETs enthält eine Trench-MOSFET-Zelle Verbindungen für Drain Gate und Source ist aber vertikal angeordnet Der Kanal bildet sich vertikal parallel zum Gate-Graben durch den Feldeffekt Die Richtung des Stromflusses ist vertikal von Source zu Drain Im Vergleich zu einer planaren Komponente die sich horizontal ausbreitet und eine große Fläche einnimmt ist diese Struktur sehr kompakt Bei der Single-Trench-Struktur wird ein Single-Gate-Graben verwendet Das Double-Trench-Bauelement hat sowohl einen Gateals auch einen Source-Graben Rohm Semiconductor hat für seine SiC-MOSFETs der dritten Generation auf die Double-Trench-Struktur umgestellt Die vierte Generation hat ein weiterentwickeltes Doppel-Trench-Design mit verringerter Zellengröße reduziertem Durchlasswiderstand und geringerer parasitärer Kapazität was zu weiter gesunkenen Verlusten führt Eine Verringerung des Durchlasswiderstandes eines MOSFETs kann auch die Kurzschlussfestigkeit verringern Die SiC-MOSFETs der vierten Generation erreichen jedoch einen geringeren Durchlasswiderstand ohne die Kurzschlussfestigkeit zu beeinträchtigen SiC-MOSFETs der 4 Generation Ein Vergleich der Leistung von Si-IGBTs sowie SiC-MOSFETs der dritten und vierten Generation wurde anhand eines 5-Kilowatt kW -Vollbrückenwechselrichters durchgeführt Bild 3 In dieser Vollbrückenschaltung sind die Schaltkomponenten parallel geschaltet um eine höhere Strombelastbarkeit zu erreichen Die Vollbrücke verwendet insgesamt acht Komponenten Die acht Bauelemente sind auf dem Kühlkörper in der linken Abbildung montiert Der Wirkungsgrad der Schaltung wurde mit dem ursprünglichen IGBT und den MOSFETs der dritten und vierten Generation evaluiert Der Wechselrichter arbeitet mit einer Schaltfrequenz von 40 kHz bei den SiC-MOSFETs und mit 20 kHz bei den IGBTs Das Bauteil der dritten Generation war ein SCT3030AL von Rohm Semiconductor für eine Nennspannung von 650 Vund einem Kanalwiderstand R DS ON von 30 mΩ Der MOSFET der vierten Generation war ein SCT4026DEC11 Die Nennspannung der Komponente wurde auf 750 Verhöht Sein R DS ON beträgt 26 mΩ was einer Reduzierung um 13 % entspricht und die Leitungsverluste Bild 1 Die Vorteile von SiC-MOSFETs gegenüber Si-MOSFETs sind anhand von fünf physikalischen Eigenschaften dargestellt Bild Rohm Semiconductors Bild 2 Trench-MOSFETs erreichen höhere Bauelementedichten indem sie die Bauelemente vertikal anordnen Bild Rohm Semiconductor